CN106843293A - 一种用于高速滚转载体的陀螺稳定平台漂移抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高速滚转载体的陀螺稳定平台漂移抑制方法。采用陀螺仪作为角运动信息传感器，测量平台台体相对基准平面的角速度运动信息；采用加速度计测量平台台体的角度，为闭环控制提供角度反馈信息。伺服驱动控制器根据陀螺仪和加速度计传送过来的角运动信息，采用位置、速度、电流的三环PID控制策略，实现对驱动电机的控制，抵消载体的滚转运动。

Description

一种用于高速滚转载体的陀螺稳定平台漂移抑制方法
技术领域
本发明涉及一种陀螺稳定平台漂移抑制方法。
背景技术
应用于高速滚转载体的陀螺稳定平台，主要隔离载体高速滚转运动，在载体运动状态下建立稳定基准面，使安装在平台上的设备不会因载体高速运动而无法正常工作。其主要特征是采用惯性测量单元作为角运动敏感元件，不断测量平台姿态位置的变化，通过伺服作动机构使平台台体与载体的滚转运动相隔离，精确保持平台台体的姿态基准。陀螺稳定平台集惯性导航、数据采集及信号处理、精密机械动力学建模和仿真、电机运动控制等多项技术于一身，是以机电一体化和目标识别自动控制技术为主体，多个学科有机结合的产物，有广泛的应用需求。例如：在滚转弹的制导系统，陀螺稳定平台可以隔离掉弹体的滚转速度，使得安装在平台的制导设备工作过程中，不受弹体滚转运动的影响。
陀螺仪在载体高速滚转运行过程中产生较大测量误差，使陀螺稳定平台存在漂移现象。文献《基于连续旋转的陀螺稳定平台漂移动态标定新方法》提出通过标定陀螺仪进行减小或消除漂移误差。文献《一种陀螺稳定平台瞄准线漂移的惯性补偿方法》提出通过地球自转速率补偿速度环，降低平台漂移的影响。上述这两种方法，主要通过提高陀螺仪的测量精度，降低平台漂移。高速滚转载体运行过程中，会使陀螺仪在测量原理上存在测量误差，很难将陀螺仪测量得到的角速度提高到较高的精度。直接采用陀螺仪输出积分进行角度闭环控制，会使平台产生较大的漂移。因此，上述文献给出的两种陀螺稳定平台漂移抑制方法，很难直接应用到高速滚转载体用陀螺稳定平台中。
发明内容
为了克服现有技术无法满足高速滚转载体用陀螺稳定平台的工作特性，本发明提供一种用于高速滚转载体的陀螺稳定平台漂移抑制方法，使得平台台体在高速滚转载体运行过程中，保持姿态基准，并同时适用于各种滚转载体的稳定基准面问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括平台台体、驱动电机、编码器和伺服驱动控制器，平台台体上安装有被稳定对象、陀螺仪和加速度计。伺服驱动控制器由CPU和逆变器组成。陀螺仪作为角运动信息传感器，测量平台台体相对基准平面的角速度运动信息，给伺服驱动控制器提供控制反馈信息。编码器测量伺服电机转子相对定子的信息，为伺服驱动控制器的高精度跟踪控制提供角度信息。加速度计用于测量平台台体的角度，为闭环控制提供角度反馈信息。伺服驱动控制器根据陀螺仪和加速度计传送过来的角运动信息，采用位置、速度、电流的三环PID控制策略，实现对驱动电机的控制，抵消载体的滚转运动。
三环PID控制策略中，内环控制采用电流环，中间控制环节是速度环，外环控制是位置环。位置环的反馈为平台台体相对基准平面的角度，通过加速度计的输出得到；位置环的给定为零。速度环依据位置环的输出、陀螺仪测量的平台台体相对基准平面角速度，结合PID控制方法，输出速度环的控制指令。电流环的给定为速度环的输出；电流环的反馈为伺服电机的相电流。
本发明的有益效果是：采用加速度计输出产生角度环控制用反馈信息，降低陀螺稳定平台的漂移，提高其稳定性能。
附图说明
图1为所提高速滚转载体陀螺稳定平台漂移抑制方法实现的组成框图。
图中，1—CPU，2—逆变器，3—永磁同步电机，4—平台台体，5—电流采样，6—编码器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明装置实施实例的结构参照图1，由CPU 1、逆变器2、驱动电机3、平台台体4、电流采样5、编码器6组成。
CPU 1采用TMS320F2812DSP芯片，时钟频率为150MHz。
逆变器2采用分立器件搭建。DSP的弱电和驱动电机的强电隔离，采用隔离芯片ADUM1401。开关器件选用功率MOSFET IRFR3412。栅极驱动芯片选用高速功率场效应管驱动芯片IR2103S。
驱动电机3选用永磁同步电机。电机额定参数为：额定电流2.1A、额定电压27V、额定转速1800rpm。
平台台体4采用铝合金材料加工，厚度为3mm。安装在平台台体上的陀螺仪采用L3G420D，加速度计采用ADXL345。
电流采样5采用霍尔电流传感器ACS712，实现永磁同步电机相电流的隔离采样，为永磁同步电机控制提供电流信号。
编码器6采用霍尔磁电编码器作为位置检测元件，为永磁同步电机的高精度控制提供角度信息。
永磁同步电机转子，编码器转子及平台台体同轴联结；而永磁同步电机定子，编码器定子则与载体外壳相连。
平台台体的运动速度由陀螺仪L3G420D直接测量得到。平台台体的角度信息由加速度计ADXL345的输出，结合重力加速度得到。所采用的三环PID控制策略中，电流环的控制周期为0.1ms；速度环的控制周期为1ms；角度环的控制周期为5ms。
CPU通过采集加速度计ADXL345的输出，得到位置环的反馈。位置环的给定为零。CPU结合位置环的输出和采集到的陀螺仪L3G420D得到，以及PID控制参数，得到速度环的输出。电流环的输入为速度环的输出。永磁同步电机的控制方法采用直轴电流为零的矢量控制方法。通过霍尔磁电编码器测量永磁同步电机转子的位置信息；通过霍尔电流传感器测量定子电流信号。结合空间矢量变换，得到反馈的交、直轴电流作为电流环的反馈。结合电流环PID控制器，发出控制指令。控制指令经ADUM1401隔离后送入IR2103S，控制6个MOSFETIRFR3412的开通和关断，驱动永磁同步电机运行，保持平台台体的高精度姿态稳定。

Claims (1)

1.一种用于高速滚转载体的陀螺稳定平台漂移抑制方法，其特征在于：平台台体的运动信息分别由陀螺仪和加速度计共同测量得到。位置、速度、电流的三环PID控制策略中，位置环反馈通过加速度计的输出得到。
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